DE102005022457A1

DE102005022457A1 - Electromagnetically switching coupling for a liquid pump of a vehicle comprises an input part, an electromagnet, a pump shaft and a coupling mechanism acting between the input part and the pump shaft and supported by a spring force

Info

Publication number: DE102005022457A1
Application number: DE200510022457
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Thoma
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-05-14
Filing date: 2005-05-14
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Electromagnetically switching coupling (1) comprises an input part, an electromagnet (30), a pump shaft (4) and a coupling mechanism (22) acting between the input part and the pump shaft and supported by a spring force. A friction-tight connection is formed between the input part and the pump shaft. A magnetic force which is less than the friction-tight connection acts against the spring force and the centrifugal force. Preferred Features: The input shaft is rotationally symmetrical to the rotary axis (12) of the pump shaft and has a friction surface (32) on its inner surface (34) for friction segments of the coupling mechanism.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetisch schaltbare Kupplung, insbesondere für eine Flüssigkeitspumpe eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eine Wasserpumpe gemäss Patentanspruch 1.The The invention relates to an electromagnetically switchable coupling, especially for one liquid pump a motor vehicle, preferably a water pump according to claim 1.

Es ist bereits allgemein bekannt, elektromagnetisch schaltbare Kupplungen für das Ein- und Auskoppeln von zum Beispiel Pumpen in einer Antriebseinrichtung einzusetzen. Insbesondere für Flüssigkeitspumpen in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise für Wasserpumpen, gilt dabei in der Regel eine Notlaufvorschrift derart, dass beim Ausfall der Stromversorgung oder einem anderen Defekt am Elektromagneten die Kupplung in den Zustand „geschlossen" gebracht werden muss bzw. in diesem verbleiben soll. Eine Bestromung der Kupplung öffnet diese in dem Sinne, dass der Antrieb von der Pumpe abgekoppelt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Pumpe auch in den erwähnten Notfällen fördert. Bevorzugt werden im Stand der Technik hierfür Reibungskupplungen eingesetzt, welche mit Hilfe einer Federkraft in Richtung „geschlossen" beaufschlagt sind.It is already well known, electromagnetically switchable couplings for the Coupling and decoupling, for example, pumps in a drive device use. Especially for liquid pumps in motor vehicles, preferably for water pumps, applies usually an emergency regulation in such a way that the failure of the Power supply or other defect on the electromagnet the Coupling be brought into the state "closed" must or should remain in this. An energization of the clutch opens this in the sense that the drive is decoupled from the pump. Thereby is guaranteed that the pump also mentioned in the emergencies promotes. In the prior art, friction clutches are preferably used for this, which are acted upon by means of a spring force in the direction "closed".

Problematisch ist grundsätzlich der beschränkt zur Verfügung stehende Bauraum, insbesondere an Brennkraftmaschinen bzw. in diese aufnehmenden Einbauräumen, der für eine solche Kupplung zur Verfügung steht. Diese Beschränkungen führen dazu, dass hinsichtlich ihres Betrages nur begrenzt Drehmomente übertragen werden können. Dieses wiederum kann bedeuten, dass bei erhöhten Anforderungen die Pumpe wegen dieser Übertragungsbegrenzung nicht ausreichend fördert.Problematic is basically the limited to disposal standing space, especially on internal combustion engines or in this receiving installation spaces, the for Such a clutch is available stands. These restrictions to lead to the fact that transmit only limited torques in terms of their amount can be. This in turn, may mean that at elevated demands the pump because of this transmission limit does not sufficiently promote.

Zusätzlich besteht bei den bekannten axial wirkenden Systemen der Nachteil, dass ein eng tolerierter axialer Luftspalt erforderlich ist. Dies erfordert geringe Fertigungstoleranzen bzw. aufwendige Montageprozesse beim Anbau der Kupplung. Das Nichteinhalten dieser Toleranzen kann zu Fehlfunktionen entweder durch Anstreifen des Ankers im geöffneten Zustand bei zu kleinem Luftspalt, oder zu nicht bzw. nur einseitigem Öffnen bei Bestromung bei zu großem Luftspalt führen.In addition exists in the known axially acting systems the disadvantage that a tightly tolerated axial air gap is required. This requires little Manufacturing tolerances or complex assembly processes during cultivation the clutch. Failure to comply with these tolerances can cause malfunction either by scratching the armature in the open state too small Air gap, or not or only one-sided opening when energized when closed great Lead air gap.

Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetisch schaltbare Kupplung bereitzustellen, welche die Forderungen an die Bauteiltoleranzen deutlich reduziert und welche auch bei erhöhten Anforderungen an das zu übertragende Drehmoment dieses sicher überträgt.Of the The invention is based on the object, a to provide electromagnetically switchable coupling which the Demands on the component tolerances significantly reduced and which even at elevated Requirements to be transferred Torque transmits this safely.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetisch schaltbare Kupplung, insbesondere für eine Flüssigkeitspumpe eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für eine Wasserpumpe, mit einem fremdantreibbaren Eingangsteil, einem wahlweise bestrombaren Elektromagneten, einem Ausgangsteil, insbesondere eine Pumpenwelle, und einem zwischen dem Ausgangsteil und dem Eingangsteil wirksamen, von einer Federkraft unterstützten Kupplungsmechanismus. Der Kupplungsmechanismus ist derart aufgebaut, dass dieser im unbestromten Zustand des Elektromagneten und bei Stillstand des Eingangsteils einen durch ein Federelement federkraftbedingten Reibschluss zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil erzeugt, wobei der Reibschluss bei fremdangetriebenem Eingangsteil fliehkraftbedingt zunimmt, und dass bei bestromtem Elektromagneten eine den Reibschluss verringernde Magnetkraft entgegen der Feder- und der Fliehkraft wirksam ist.The Asked task is solved by an electromagnetically switchable coupling, in particular for a liquid pump a motor vehicle, preferably for a water pump, with a externally drivable input part, an optionally energizable electromagnet, an output part, in particular a pump shaft, and an intermediate the output part and the input part effective, by a spring force supported clutch mechanism. The clutch mechanism is constructed so that this in the energized State of the electromagnet and at standstill of the input part a spring force caused by a spring element friction between generates the input part and the output part, wherein the frictional engagement with externally driven input part due to centrifugal force increases, and that when energized electromagnet a frictional engagement reducing magnetic force is effective against the spring and centrifugal force.

Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass durch die Bereitstellung eines radial wirksamen Reibschlusses dieser drehzahlabhängig zunimmt bzw. abnimmt. Somit wird zusätzlich zu dem permanent durch die Federkraft bedingten Reibschluss und dem daraus resultierenden übertragbaren Drehmoment, ein mit der Drehzahl zunehmender Reibschluss möglich, der das übertragbare Drehmoment der Kupplung erhöht.This Construction has the advantage that by providing a radial effective frictional engagement increases or decreases depending on the speed. Thus, in addition to the permanently caused by the spring force frictional and the resulting transferable Torque, a friction increasing with the speed possible, the transferable Torque of the clutch increased.

Durch die Nutzung der Fliehkraft wird somit eine der Pumpenkennlinie folgende Drehmomentkennlinie realisiert, dass heißt, dass mit dem bei steigender Pumpendrehzahl steigenden erforderlichen Antriebsdrehmoment für die Pumpe auch das über die Kupplung übertragbare Drehmoment durch die Wirkung der Fliehkraft ansteigt. Die Kupplung weist dann insbesondere in einem oberen Drehzahlbereich ein deutlich höheres übertragbares Drehmoment auf. Infolge des Spreizfedersystems und der resultierenden Fliehkraft können sowohl Elektromagnet wie auch Federelemente klein dimensioniert werden.By the use of the centrifugal force thus becomes one of the pump characteristic following Torque characteristic realizes, that means that with rising at Pump speed increasing required drive torque for the pump also about the Clutch transferable Torque increases due to the effect of centrifugal force. The coupling then shows clearly, especially in an upper rpm range higher transferable Torque up. As a result of the spreading spring system and the resulting Centrifugal force can both electromagnet and spring elements small dimensions become.

Weiterhin wirken sich durch die radiale Drehmomentübertragung die Toleranzen der Pumpe nicht auf die Funktion der Kupplung aus. Die erforderliche Fertigungsgenauigkeit beschränkt sich pumpenseitig auf eine kleinere Anzahl von Durchmessermaßen als bei Kupplungen gemäß dem Stand der Technik. Da die Kupplung nicht in axialer Richtung schaltet, ist auch die Montage der Kupplung an die Pumpe vereinfacht, da keine speziellen axialen Einbautoleranzen einzuhalten sind.Farther affect the tolerances of the radial torque transmission Do not pump out the function of the clutch. The required manufacturing accuracy limited on the pump side to a smaller number of Durchmaßermaßen than at Couplings according to the state of the technique. Since the coupling does not switch in the axial direction, Also, the assembly of the coupling to the pump is simplified because no special axial installation tolerances are to be observed.

Bevorzugt ist das Eingangsteil rotationssymmetrisch zur Drehachse des Ausgangsteils und topfartig ausgebildet, und seine Innenfläche weist eine Reibfläche zur Anlage von korrespondierenden Reibsegmenten des Kupplungsmechanismus auf.Prefers the input part is rotationally symmetrical to the axis of rotation of the output part and pot-shaped, and its inner surface has a friction surface for Installation of corresponding friction segments of the clutch mechanism on.

Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass der Kupplungsmechanismus im unbestromten Zustand des Elektromagneten durch die am Ausgangsteil drehfest aber radial beweglich angebrachten und durch Federkraft belasteten Reibsegmente einen Reibschluss zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil erzeugt, der dazu führt, dass das Ausgangsteil bei angetriebenen Eingangsteil in eine Drehbewegung versetzt wird. Mit zunehmender Drehzahl des Ausgangsteils bewirkt die auf die Reibsegmente wirkende Fliehkraft eine mit steigender Umfangsgeschwindigkeit zunehmende Reibkraft, wodurch das von der Kupplung übertragbare Drehmoment ebenfalls mit der Drehzahl ansteigt.By This structure is achieved in that the clutch mechanism in the de-energized State of the electromagnet by the output part rotatably but radially movably mounted and loaded by spring force friction segments a frictional engagement between the input part and the output part generated, which leads to that the output part in driven input part in a rotary motion is offset. With increasing speed of the output part causes the centrifugal force acting on the friction segments increases with increasing peripheral speed increasing frictional force, whereby the transferable from the clutch Torque also increases with the speed.

In weiterer Ausgestaltung kann dem Ausgangsteil drehfest ein Abtriebsflansch zugeordnet sein, auf welchem sich das die Federkraftunterstützung bewirkende Federelement einenends abstützt, wobei sich das andere Ende des Federelementes am Reibsegment abstützt.In Another embodiment, the output member rotatably a Abtriebsflansch be assigned, on which the spring force support causing Spring element supports one end, wherein the other end of the spring element is supported on the friction segment.

Weiterhin kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass das Ausgangsteil als Welle ausgebildet ist, welche unter Zwischenschaltung eines Bundes des Abtriebsflansches drehentkoppelt in einer Nabe des Eingangsteils abgestützt gelagert ist.Farther It may preferably be provided that the output part as a shaft is formed, which with the interposition of a federal of Abtriebsflansches rotatably mounted supported in a hub of the input part is.

Bevorzugt ist der Elektromagnet kreisringförmig ausgebildet zwischen der Innenfläche des Eingangsteils und einer Schulter eines ortsfesten Gehäuses abgestützt angeordnet, welches in einer zentralen Öffnung drehentkoppelt die Welle abstützt.Prefers the electromagnet is circular formed between the inner surface the input part and a shoulder of a stationary housing supported, which in a central opening rotatably supports the shaft.

Handelsübliche Druck- oder Schraubenfedern können gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung als Federelemente Verwendung finden. In einer Ausgestaltungsvariante sind die von Druckfedern beaufschlagten Reinelemente durch Führungsstifte bzw. Mitnahmestifte drehfest aber radial beweglich mit dem Abtriebsflansch verbunden. Dieses verhindert eine über die Umfangserstreckung ungleichmäßige Bewegung der Reibelemente, welches andernfalls ein ungleichförmiges Ein- bzw. Auskuppeln zur Folge hätte.Commercially available printing or coil springs can according to find a preferred embodiment as spring elements use. In one embodiment variant, those acted upon by compression springs Pure elements by guide pins or Driving pins rotatably but radially movable with the output flange connected. This prevents over the circumference extension uneven movement the friction elements, which otherwise would cause a non-uniform or disengagement would result.

Je nach erforderlicher Federkraft und Federkennlinie sowie in Abhängigkeit von den konkreten Einbauverhältnissen kann es alternativ bevorzugt sein, die Federelemente als Biegefedern oder Winkelfedern auszubilden, durch die die Reibelemente spielfrei, radial beweglich und drehfest mit dem Ausgangsteil verbunden sind.ever according to required spring force and spring characteristic and in dependence from the concrete installation conditions it may alternatively be preferred, the spring elements as bending springs or angular springs, through which the friction elements play, are radially movable and rotatably connected to the output part.

Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform kann für ein verbessertes Ansprechverhalten der Kupplung der Elektromagnet auf seiner Außenfläche radial verlaufende Vertiefungen aufweisen, welche einer Bündelung der Magnetkraft entgegenwirken.Independent of the respective embodiment can for an improved response of the clutch of the electromagnet on its outer surface radial have running recesses, which a bundling counteract the magnetic force.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiels. Darin zeigenFurther Advantages and features emerge from the following with reference to a Drawing explained in more detail Embodiment. Show in it

1 einen Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform, 1 a cross section through a first preferred embodiment,

2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäss 1, 2 a section along the line II-II according to 1 .

3 einen Querschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform, 3 a cross section through a second preferred embodiment,

4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäss 2, 4 a section along the line IV-IV according to 2 .

5 eine Ansicht entlang der Linie V-V gemäss 1, 5 a view along the line VV according to 1 .

6 einen Querschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform, 6 a cross section through a third preferred embodiment,

7 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäss 6, 7 a section along the line VI-VI according to 6 .

8 eine Tabelle mit Werten zur Drehmomentberechnung, 8th a table with torque calculation values,

9 einen Kräfteverlauf über der Pumpendrehzahl, und 9 a flow of force over the pump speed, and

10 Drehmomentkennlinien des erforderlichen Antriebsdrehmomentes und des übertragbaren Drehmomentes der Kupplung über der Pumpendrehzahl. 10 Torque characteristics of the required drive torque and the transmittable torque of the clutch over the pump speed.

Eine insgesamt mit 1 bezeichnete elektromagnetisch schaltbare Kupplung ist einer nicht gezeigten Wasserpumpe im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zugeordnet. Im Zuge eines Riemens eines Nebenaggregateantriebes der Brennkraftmaschine wird ein als Antriebsriemenscheibe 2 ausgebildetes, fremdantreibbares Eingangsteil im Betrieb der Brennkraftmaschine von diesem Riemen überlaufen und somit in Rotation versetzt.A total with 1 designated electromagnetically switchable coupling is associated with a water pump, not shown, in the cooling circuit of an internal combustion engine of a motor vehicle. In the course of a belt of an accessory drive of the internal combustion engine as a drive pulley 2 trained, fremdantreibbares input part in operation of the internal combustion engine overflowed by this belt and thus set in rotation.

Abtriebsseitig ist der Wasserpumpe ein als Pumpenwelle 4 ausgebildetes Ausgangsteil zugeordnet, wobei diese Pumpenwelle 4 unter Zwischenschaltung eines Bundes 8 eines Abtriebsflansches 10 drehentkoppelt in einer Nabe 7 des Eingangsteils abgestützt gelagert ist. Diese Pumpenwelle 4 trägt einen Zapfen 6, auf welchem drehfest der mit dem Bund 8 versehene Abtriebsflansch 10 angeordnet ist.On the output side, the water pump is a pump shaft 4 assigned output part, said pump shaft 4 with the interposition of a federal government 8th an output flange 10 Rotary coupled in a hub 7 is supported supported the input part. This pump shaft 4 carries a pin 6 on which rotatably the with the federal government 8th provided output flange 10 is arranged.

Die Antriebsriemenscheibe 2 ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 12 der Pumpenwelle 4 und topfartig ausgebildet sowie unter Zwischenschaltung von zwei Kugellagern 14 vom Bund 8 drehentkoppelt mit der Pumpenwelle 4 verbunden.The drive pulley 2 is rotationally symmetrical to the axis of rotation 12 the pump shaft 4 and pot-shaped and with the interposition of two ball bearings 14 from the federal government 8th rotatably coupled with the pump shaft 4 connected.

An den Zapfen 6 der Pumpenwelle 4 schließt sich axial ein Lagerungsabschnitt 16 an, welcher unter Zwischenschaltung von weiteren Kugellagern 18 diese Pumpenwelle 4 in einem ortsfest an einem nicht gezeigten Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigten Pumpengehäuse 20 drehbar lagert.At the cones 6 the pump shaft 4 closes axially a storage section 16 which, with the interposition of other ball bearings 18 this pump shaft 4 in a fixed to a housing, not shown, the internal combustion engine pump housing 20 rotatably supports.

Zwischen der Antriebsriemenscheibe 2 und der Pumpenwelle 4 wirksam ist ein insgesamt mit 22 bezeichneter Kupplungsmechanismus angeordnet, welcher durch eine von einem Federelement 24 bereitgestellte, radial wirkende Federkraft FR unterstützt wird.Between the drive pulley 2 and the pump shaft 4 effective is a total with 22 designated clutch mechanism disposed by one of a spring element 24 provided, radially acting spring force FR is supported.

Dieser Kupplungsmechanismus 22 ist in dem durch die topfartige Gestaltung der Antriebsriemenscheibe 2 bereitgestellten Innenraum angeordnet und weist einen auf einer Schulter 26 des Pumpengehäuses 20 festgesetzten Magnetkörper 28 auf, innerhalb dessen ein bestrombarer Elektromagnet 30 angeordnet ist. Des Weiteren sind in radialer Richtung zwischen dem Magnetkörper 28 und einer Reibfläche 32 an einer Innenfläche 34 der Antriebsriemenscheibe 2 Reibsegmente 36 in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet. Das Federelement 24 stützt sich radial innen an dem Abtriebsflansch 10 ab, während sich das andere Ende am Reibsegment 36 abstützt.This coupling mechanism 22 is in by the cup-shaped design of the drive pulley 2 arranged interior and has one on a shoulder 26 of the pump housing 20 fixed magnetic body 28 on, inside of which a currentable electromagnet 30 is arranged. Furthermore, in the radial direction between the magnetic body 28 and a friction surface 32 on an inner surface 34 the drive pulley 2 friction segments 36 arranged uniformly distributed in the circumferential direction. The spring element 24 supports radially inward on the output flange 10 while the other end is on the friction segment 36 supported.

Die Funktionsweise dieser Kupplung ist nun folgende: Bei nicht angetriebener Antriebsriemenscheibe 2 presst ausschließlich das Federelement 24 permanent das Reibsegment 36 gegen die Reibfläche 32. In Abhängigkeit des zwischen diesen Partnern herrschenden Reibkoeffizienten mue ist somit durch Reibschluss ein begrenztes Drehmoment übertragbar.The operation of this clutch is now the following: With non-driven drive pulley 2 only presses the spring element 24 permanently the friction segment 36 against the friction surface 32 , Depending on the prevailing between these partners coefficient of friction mue a limited torque is thus transferred by frictional engagement.

Bei von der Brennkraftmaschine angetriebener Antriebsriemenscheibe 2 wirkt zusätzlich eine unter anderem von der Drehzahl abhängende Fliehkraft FF auf die Reibsegmente 36, welche über den Reibschluss mit der Reibfläche 32 das übertragbare Drehmoment erhöhen. Die Fliehkraft FF addiert sich demnach zu der Federkraft FR hinzu.In driven by the internal combustion engine drive pulley 2 In addition, centrifugal force FF, which depends on the rotational speed, acts on the friction segments 36 , which via the frictional engagement with the friction surface 32 increase the transmittable torque. The centrifugal force FF is therefore added to the spring force FR.

Während sich anfänglich noch Gleitreibungsanteile einstellen, das heißt ein schlupfbedingter Drehzahlunterschied zwischen Ein- und Ausgangsteil besteht, führt die relativ stark ansteigende Fliehkraft FF letztendlich zu einem schlupffreien Antrieb der Pumpenwelle 4, so dass die Antriebsriemenscheibe 2 und die Pumpenwelle 4 die gleiche Drehzahl aufweisen.While at the beginning there are still sliding friction components, ie a slip-related speed difference between the input and output part, the relatively strong centrifugal force FF ultimately leads to a slip-free drive of the pump shaft 4 so that the drive pulley 2 and the pump shaft 4 have the same speed.

Soll im weiteren Betrieb die Pumpe ausgekuppelt werden, so erfolgt dies durch Bestromung des Elektromagneten 30. Dieser weist eine Spule mit zwei am Umfang angeordneten, in radialer Richtung wirkenden magnetischen Zugpolen 37 auf. Somit stellt sich infolge der Bestromung eine radial nach innen wirkende Magnetkraft FM ein, die der Summe aus den Kräften FF und FR entgegenwirkt.If the pump is to be decoupled in further operation, this is done by energizing the electromagnet 30 , This has a coil with two arranged on the circumference, acting in the radial direction magnetic Zugpolen 37 on. Thus, due to the energization, a radially inwardly acting magnetic force FM, which counteracts the sum of the forces FF and FR.

Die Magnetkraft FM hebt die Reibsegmente 36 von der Reibfläche 32 ab und zieht diese gegen den ortsfesten Elektromagneten 30. Im Ergebnis wird die Pumpenwelle 4 von der Antriebsriemenscheibe 2 entkoppelt und gegen das Pumpengehäuse 20 festgebremst.The magnetic force FM lifts the friction segments 36 from the friction surface 32 and pulls them against the stationary electromagnet 30 , As a result, the pump shaft becomes 4 from the drive pulley 2 decoupled and against the pump housing 20 braked.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäss den 1 und 2 sind zwei sich diametral gegenüberliegende Reibsegmente 36 als Kreisbogenabschnitte ausgebildet und umfangsverteilt angeordnet. Für eine Führung in radialer Richtung und einen Formschluss in Umfangsrichtung sind im Abtriebsflansch 10 die Reibsegmente 36 durchsetzende Stifte 38 eingelassen.In a first preferred embodiment according to the 1 and 2 are two diametrically opposed friction segments 36 designed as arc sections and arranged circumferentially distributed. For a guide in the radial direction and a positive connection in the circumferential direction are in the output flange 10 the friction segments 36 passing pins 38 admitted.

Die Federelemente 24 sind als schraubenförmige Druckfedern 40 ausgebildet und stützen sich zwischen dem Abtriebsflansch 10 und den Reibsegmenten 36 diese in Richtung der Kraft FF beaufschlagend ab.The spring elements 24 are as helical compression springs 40 trained and supported between the output flange 10 and the friction segments 36 acting upon them in the direction of the force FF.

Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß den 3 und 4 sind die Federelemente 24 als drei gleichmäßig umgangsverteilte Biegefedern 42 ausgebildet, welche mit jeweils zwei Schrauben 44 am Antriebsflansch 10 festgelegt sind. Als Verbindung können auch andere Verbindungsformen genutzt werden, wie beispielsweise verschweißen, vernieten usw.According to a second preferred embodiment according to the 3 and 4 are the spring elements 24 as three evenly distributed bending springs 42 formed, each with two screws 44 on the drive flange 10 are fixed. As a connection, other forms of connection can be used, such as welding, riveting, etc.

Die Biegefedern 42 sind mittels weiterer, nicht gezeigter Schraub- oder Nietverbindungen mit den drei Reibsegmenten 36 verbunden. Die Biegefedern 42 sind derart gekrümmt ausgeführt, dass sie aufgrund ihrer Krümmung und der durch den Verbau bedingten Stauchung die Federkraft FR aufbringen.The bending springs 42 are by means of other, not shown screw or rivet connections with the three friction segments 36 connected. The bending springs 42 are designed curved so that they apply the spring force FR due to their curvature and caused by the build-up compression.

5 zeigt eine seitliche Ansicht auf den Elektromagneten 30, wie er in allen gezeigten Ausführungsbeispielen Verwendung finden kann. Gleichmäßig umfangsverteilt sind auf einer oder auf beiden Seitenflächen 45 des Elektromagneten 30 Vertiefungen 47 eingebracht, welche begrenzt radial von außen nach innen verlaufen und eine gegenüber der axialen Erstreckung des Elektromagneten 30 relativ geringe axiale Erstreckung aufweisen. Diese Aufteilung der Oberflächen in Einzelsegmente hat folgenden Vorteil. 5 shows a side view of the electromagnet 30 as it can be used in all embodiments shown. Equally circumferentially distributed are on one or both sides 45 of the electromagnet 30 wells 47 introduced, which extend limited radially from outside to inside and one opposite to the axial extent of the electromagnet 30 have relatively small axial extent. This division of the surfaces into individual segments has the following advantage.

Das gleichmäßige Beaufschlagen und Schalten der mehreren Reibsegmente 36 durch die elektromagnetische Kraft FM des Elektromagneten 30 kann ohne diese Vertiefungen 47 problematisch sein, da sich üblicherweise der elektromagnetische Fluss und das Magnetfeld über dem ersten der angezogenen Reibsegmente 36 bündeln würde, da sich hier durch den dann luftspaltfreien Zustand der niedrigste magnetische Widerstand einstellen würde. Dieses hätte eine ungleichmäßige Beaufschlagung mit der Zugkraft auf die anderen Reibsegmente 36 zur Folge und würde so zu einem unbefriedigenden Auskuppelverhalten führen.The uniform application and switching of the several friction segments 36 through the electromagnetic force FM of the electromagnet 30 can without these depressions 47 be problematic, since usually the electromagnetic flux and the magnetic field over the first of the attracted friction segments 36 would bundle, as would then set by the then air gap-free state of the lowest magnetic resistance. This would have an uneven loading with the tensile force on the other Reibsegmente 36 result and would lead to unsatisfactory Auskuppelverhalten.

Die Vertiefungen 47 führen zu einer magnetischen Trennung, die eine Aufteilung in einzelne Magnetsegmente bewirkt. Eine magnetische Flusskonzentration in einem einzelnen Reibsegment 36 kann so vermieden werden und das Abschaltverhalten ist deutlich verbessert.The wells 47 lead to a magnetic separation, which causes a division into individual magnet segments. A magnetic flux concentration in a single friction segment 36 can thus be avoided and the turn-off is significantly improved.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform gemäß den 6 und 7 weist als Winkelfedern 46 ausgebildete Federelemente 24 auf. Diese bewirken ähnlich wie die Biegefedern 42 durch ihre Krümmung die Federkraft FR. Insgesamt sind in diesem Beispiel sechs solcher Winkelfedern 46 gleichmäßig umfangsverteilt mit Schrauben 48 an den Reibelementen 36 festgelegt, während das andere Ende im Abtriebsflansch 10 eingespannt ist.A third preferred embodiment according to the 6 and 7 points as angle feathers 46 trained spring elements 24 on. These effect similar to the bending springs 42 by its curvature the spring force FR. Overall, in this example, six such angle springs 46 evenly distributed with screws 48 on the friction elements 36 set while the other end in the output flange 10 is clamped.

Anhand der Tabelle in 8 wird nachfolgend für eine ausgeführte Kupplung 1 für unterschiedliche Drehzahlen und unterschiedliche Reibkoeffizienten mue das übertragbare Drehmoment dargestellt.Based on the table in 8th is subsequently for a running clutch 1 For different speeds and different coefficients of friction Mue transmissible torque shown.

Das Gewicht eines Reibsegmentes 36 beträgt 50 Gramm, zum Beispiel bei einer radialen Erstreckung von 3 Millimetern und einer axialen Erstreckung von 12 Millimetern. Der Radius von der Pumpenwelle 12 bis zum Kontakt zwischen Reibsegment 36 und Reibfläche 32 beträgt 88 Millimeter.The weight of a friction segment 36 is 50 grams, for example, with a radial extent of 3 millimeters and an axial extent of 12 millimeters. The radius of the pump shaft 12 until contact between friction segment 36 and friction surface 32 is 88 millimeters.

Die durch die Federvorspannung verursachte Federkraft FR beträgt jeweils 300 Newton, zu welcher sich pumpendrehzahlabhängig die Fliehkraft FF zu einer rechnerischen Anpresskraft FA addiert. Die durch den Elektromagneten 30 aufbringbare, rechnerische Magnetkraft FM beträgt konstant 432 Newton.The spring force FR caused by the spring preload is 300 Newtons in each case, to which the centrifugal force FF is added as a function of the pump rotational speed to a calculated contact pressure FA. The through the electromagnet 30 Applicable, computational magnetic force FM is constantly 432 Newton.

Für drei verschiedene, dimensionslose Werte des Reibkoeffizienten mue gleich 0,1 oder 0,2 oder 0,3 sind die rechnerisch übertragbaren Drehmomente in Newtonmetern angegeben. In der rechten Spalte ist der zugehörige Wert einer Pumpenkennlinie ML in Newtonmetern angegeben.For three different, dimensionless values of the coefficient of friction mue equal to 0.1 or 0.2 or 0.3 are the computationally transferable Torques given in Newton meters. In the right column is the associated one Value of a pump characteristic ML specified in Newtonmeters.

In 9 ist graphisch der Zusammenhang der rechnerischen Anpresskraft FA und der rechnerischen Magnetkraft FM in Newton über der Pumpendrehzahl n dargestellt. Es ist erkennbar, dass in diesem Ausführungsbeispiel bei einer Pumpendrehzahl von ca. 2.200 1/min die Anpresskraft FA die Magnetkraft FM übersteigt, so dass oberhalb dieser Drehzahl nicht mehr ausgekuppelt werden kann. Dies spielt speziell bei der Nutzung im Zusammenhang mit einer zwecks Wärmemanagement eingesetzten abschaltbaren Wasserpumpe keine Rolle, da in einem derartigen Anwendungsfall die Kupplung zwecks schneller Motorerwärmung beim Starten des Motors, also bei geringer Drehzahl, sofort elektromagnetisch geöffnet wird und nach Erreichen der Betriebstemperatur generell federbelastet geschlossen bleibt.In 9 is the graph of the computational contact force FA and the computational magnetic force FM in Newton on the pump speed n shown. It can be seen that in this embodiment, at a pump speed of about 2,200 1 / min, the contact force FA exceeds the magnetic force FM, so that above this speed can not be disengaged. This plays no role especially when used in conjunction with a switch-off water pump used for heat management, since in such an application, the clutch for the purpose of rapid engine warming when starting the engine, ie at low speed, immediately opened electromagnetically and after reaching the operating temperature generally spring-loaded closed remains.

10 zeigt die Abhängigkeit der rechnerischen Drehmomente und der Pumpenkennlinie ML in Newtonmetern von der Pumpendrehzahl n. Deutlich erkennbar ist, dass alle Werte des rechnerischen Drehmomentes ausreichend oberhalb des notwendigen Wertes entlang der Pumpenkennlinie ML liegen und mit zunehmendem Reibkoeffizienten mue das rechnerische Drehmoment ansteigt sowie die Differenz zwischen den Kurvenverläufen für die unterschiedlichen mue-Werte 0,1 bzw. 0,2 bzw. 0,3 mit steigender Drehzahl n größer wird. 10 clearly shows that all values of the calculated torque are sufficiently above the required value along the pump curve ML and with increasing friction coefficient mue the calculated torque increases and the difference between the curves for the different mue values 0.1 and 0.2 or 0.3 with increasing speed n is greater.

11: Kupplungclutch
22: AntriebsriemenscheibeDrive pulley
44: Pumpenwellepump shaft
66: Zapfenspigot
77: Nabehub
88th: BundFederation
1010: Abtriebsflanschoutput flange
1212: Drehachseaxis of rotation
1414: Kugellagerball-bearing
1616: Lagerungsabschnittstorage section
1818: Kugellager, Lagerung PumpenwelleBall-bearing, Storage pump shaft
2020: Pumpengehäusepump housing
2222: Kupplungsmechanismusclutch mechanism
2424: Federelementspring element
2626: Schultershoulder
2828: Magnetkörpermagnetic body
3030: Elektromagnetelectromagnet
3232: Reibflächefriction surface
3434: Innenflächepalm
3636: Reibsegmentfriction segment
3737: ZugpolZugpol
3838: Stiftpen
4040: Druckfedercompression spring
4242: Biegefederbending spring
4444: Schraubescrew
4545: Seitenflächeside surface
4646: Winkelfederangle spring
4747: Vertiefungdeepening
4848: Schraubescrew
FFFF: Fliehkraftcentrifugal
FRFR: Federkraftspring force
FMFM: Magnetkraftmagnetic force
MLML: PumpenkennliniePump curve

Claims

Electromagnetically switchable coupling ( 1 ) for a fluid pump of a motor vehicle, with an externally drivable input part, an optionally energizable electromagnet ( 30 ), an output part (pump shaft 4 ), an effective between the output part and the input part, by a spring force (FR) supported clutch mechanism ( 22 ), which in the de-energized state of the electromagnet ( 30 ) and at standstill of the input part by a spring element ( 24 ) provides frictional engagement between the input part and the output part, whereby the frictional engagement increases in the case of externally driven input part as a result of centrifugal force, and in which, when the electromagnet is energized ( 30 ) a frictional engagement reducing magnetic force (FM) against the spring force (FR) and the centrifugal force (FF) is effective.

Coupling according to claim 1, characterized in that the input part rotationally symmetrical to the axis of rotation ( 12 ) of the initial part and is pot-shaped, and on its inner surface ( 34 ) a friction surface ( 32 ) for the creation of corresponding friction segments ( 36 ) of the clutch mechanism ( 22 ) having.

Coupling according to claim 2, characterized in that the output member rotatably a Abtriebsflansch ( 10 ) is assigned, on which the spring force support causing spring element ( 24 ) is supported at one end, wherein the other end of the spring element ( 24 ) on the friction segment ( 36 ) is supported.

Coupling according to claim 3, characterized in that the output part as a pump shaft ( 4 ), which, with the interposition of a federation ( 8th ) of the output flange ( 10 ) rotates in a hub ( 7 ) is supported supported the input part.

Coupling according to claim 4, characterized in that the electromagnet ( 30 ) annularly formed between the inner surface ( 34 ) of the entrance part and a shoulder ( 26 ) of a fixed housing ( 20 ), which housing in a central opening rotatably couples the pump shaft (FIG. 4 ) is supported.

Coupling according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the spring element ( 24 ) as a compression spring ( 40 ) is formed and arranged.

Coupling according to claim 6, characterized in that the friction segments ( 36 ) from the output flange ( 10 ) engaging pins ( 38 ) are interspersed.

Coupling according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the spring element ( 24 ) as a spiral spring ( 42 ) is formed and arranged.

Coupling according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the spring element ( 24 ) as angle spring ( 46 ) is arranged trained.

Coupling according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the electromagnet ( 30 ) on at least one of its side surfaces ( 45 ) radially extending depressions ( 47 ) having.